DE3909742C2 - Elektromagnet, insbesondere zur Betätigung der Unterbrecher einer Schaltvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagnet nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Elektromagnet, der insbesondere in der FR-PS 2 573 567 der Anmelderin beschrieben wird, ist insbesondere für kleine Schaltvorrichtungen bzw. Automatikrelais verwend­ bar und besitzt keine Einrichtungen zur allmählichen Einstel­ lung der Anfangskraft der Kompensationsvorrichtung oder ihrer Elastizität.

Der Einsatz einer Einstelleinrichtung ist jedoch wünschens­ wert, da sie einerseits eine Anpassung an die unvermeidliche Streuung der elastischen Eigenschaften der Rückholeinrichtun­ gen gestattet und andererseits dazu benutzt werden kann, zu gewährleisten, daß der Elektromagnet glatt arbeitet, wenn seine Spule mit der Sollspannung in einer bestimmten physika­ lischen Umgebung gespeist wird.

Ein elastisches Kompensationsorgan kann ferner erforderlich sein, wenn die Anzahl der Schließ- und/oder Öffnungskontakte nicht von vornherein bekannt ist.

Aus der DE 35 18 205 A1 ist eine Einrichtung zur Anpassung der Hub/Kraft-Wirkung eines Elektromagneten bekannt, bei der die Kraftwirkung eines Elektromagneten auf einen Ventilschie­ ber nur am Anfang des Hubes eines Hebel erhöht ist. Durch den Hebel ist eine Kraftübersetzung vorgesehen und zur Vermeidung von Querkräften wird vorgeschlagen, mehrere Hebel gleichmäßig oder spiegelbildlich anzuordnen.

Aus der US 2 435 817 ist ein Elektromagnet bekannt, dessen Ankerbewegung proportional zu dem Strom ist, welcher der Er­ regerwicklung zugeführt wird, wodurch eine graduelle Bewegung des Ankers erzielt werden kann.

Schließlich ist aus der US 2 853 660 ein staubdichter Elek­ tromagnet bekannt, der mit Staubkappen versehen ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, für einen Elektromagneten der eingangs genannten Art eine sehr einfache Kompensations­ einrichtung zu schaffen, die in einem großen Bereich progres­ siv verstellbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genom­ men wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung und eine Vorderansicht ei­ ner kleinen Schaltvorrichtung, die die erfindungs­ gemäße Kompensationseinrichtung aufnehmen kann,

Fig. 2 eine im Schnitt gezeigte Seitenansicht des Elektro­ magneten von Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht des Elektromagneten der Fig. 1 und 2 von unten mit einer ersten Kompensationseinrich­ tung,

Fig. 4 eine Ansicht eines Elektromagneten von unten mit einer abgewandelten Ausführungsform der Kompensati­ onseinrichtung,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Gußteils, das die Funktion eines Lagers und eines Einstellor­ gans hat,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Einzelheit einer abgewan­ delten Ausführungsform der Kompensationseinrich­ tung, und

Fig. 7 und 8 Darstellungen einer abgewandelten Ausfüh­ rungsform von unten bzw. in einem axialen Schnitt.

Eine kleine Schaltvorrichtung 1, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt in einem isolierenden Gehäuse 2 einen Elektroma­ gnet mit einem feststehenden Joch 4 und einer beweglichen Einrichtung 5. Diese besteht aus einem zentralen Kern 6, der axial in der Achse XX', in einer Bohrung 7 einer Erre­ gungsspule 8 gleitet und zwei einander entgegengesetzte Anker 9 und 11 aufnimmt. Der obere Anker 9 ist mit einem Kontakt­ träger 12 verbunden, der mit beweglichen Unterbrecherteilen 13 versehen ist, die mit feststehenden Kontakten 14, 16 zu­ sammenwirken.

Bei dem bei dieser Schaltvorrichtung benutzten Elektromagne­ ten bildet das feststehende Joch 4 aufgrund der Verbindung eines U-förmigen Teils 7 mit einem Steg 18 einen geschlosse­ nen magnetisierbaren Kreis.

Der untere Anker 11 befindet sich in einem Längsraum 19, der zwischen einer Stirnfläche der Spule und einem Steg 21 des U- förmigen Teils vorgesehen ist, während zwei seitliche Räume 22 und 23 von Dauermagneten 24 und 25 eingenommen werden, die auf Ränder des gegenüber angeordneten Ankers 11 magnetische Anziehungskräfte ausüben. Dieser Anker ist zwischen einer Ru­ hestellung R, die in der linken Hälfte von Fig. 2 gezeigt ist, und einer in der anderen Hälfte gezeigten Arbeitsstel­ lung T beweglich.

Im Ruhezustand gelangt der Anker in Richtung F in unmittelba­ re Nähe von Polansätzen 26, 27 und ist von dem Steg 21 durch einen Arbeitsluftspalt 28 entfernt, während der Zustand in Arbeitsstellung umgekehrt ist.

Die den Dauermagneten zukommende Rückholfunktion kann gegebe­ nenfalls auch von einer gewöhnlichen Rückholfeder übernommen werden, ohne daß hierzu eine Änderung des Aufbaus der im nachstehenden beschriebenen elastischen Kompensationseinrich­ tungen erforderlich wird.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist ein glattes Ende 29 des Kerns in einem Lager 31 aus Kunststoff gelagert, das mit ei­ ner geeigneten Klemmung in einer konzentrischen Öffnung 32 des Stegs 21 verklammert ist, gegenüber dem es winkelmäßig eingestellt werden kann.

Dieses Lager besitzt auf der dem Luftspalt entgegengesetzten Seite einen kreisförmigen Flansch 33 (vgl. Fig. 3 und 5), der auf der einen Seite auf der Fläche 34 des Stegs aufliegt und der auf der entgegengesetzten Seite zwei kreisförmige Rippen 35 und 36 aufweist, deren axiale Abmessung sich ändert. Zwi­ schen diesen Rippen und der Bohrung des Lagers ist eine zy­ lindrische Erhebung 37 vorgesehen, die eine zentrale Öffnung 38 durchquert, die im Steg 39 eines dünnen, elastischen, U- förmigen Bügels 40 vorgesehen ist, und die den axialen Halt dieses Bügels gewährleistet.

Das Lager, die Rippen und die Erhebung können einstückig aus einem einzigen Gußteil 50 bestehen.

Jeder der beiden zueinander parallelen Schenkel 41 und 42 dieses Bügels besitzt an seinem Ende einen Haken 43 bzw. 44, der mit einer Verlängerung 45 bzw. 46 des unteren Ankers 11 zusammenwirkt. Wie Fig. 2 zeigt, findet dieses Zusammenwirken einerseits winkelmäßig statt, da die Schenkel in Richtung Δ durch die Ränder der Verlängerungen geführt sind, und ande­ rerseits in Längsrichtung durch die Haken, die nach einem freien Hub g in Kontakt kommen.

Zwei Bereiche 47 und 48 des Bügels, die sich zwischen dem Mittelpunkt der Öffnung 38 und den entsprechenden Schenkeln befinden, liegen beispielsweise infolge einer leichten Krüm­ mung, die der Steg des Bügels bei der Herstellung erhalten hat, elastisch an den Rippen an.

Wie Fig. 2 zeigt, üben die Haken 43 und 44 auf den Anker 11 in der Ruhestellung eine entgegengesetzte Kraft mit der Rich­ tung G aus, die sich aus einer elastischen Verformung des Stegs ergibt, während in der Arbeitsstellung kein Kontakt zwischen den Haken und dem Anker stattfindet.

Die Stellung des Ankers, in der diese Verformung entsteht oder aufhört, hängt von der örtlichen Höhe der Rippe und da­ mit von der Winkelstellung des Teils 50 ab. Dieses Teil kann dank des Vorhandenseins von Abflachungen 63 und 63' am Ende der Erhebung in die geeignete Stellung gebracht werden.

Mit Hilfe der Winkelbewegung dieses Teils 50 ist also eine progressive Einstellung der Anfangskraft möglich, die auf den Anker und die bewegliche Einrichtung in Rich­ tung G ausgeübt wird, die der Wirkrichtung F der Rückhol­ kräfte entgegengesetzt ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des verstellbaren Teils 60, das in Fig. 4 gezeigt ist, verlaufen die Rip­ pen 61 und 62 nicht mehr kreisförmig, sondern spiralför­ mig. Eine Drehung dieses verstellbaren Teils bewirkt also nicht nur eine Veränderung des Wertes der von den Haken auf den Anker ausgeübten Anfangskraft G_O, sondern bewirkt auch eine Änderung des Anstiegs der elastischen Kräfte, die der Bügel auf den Anker während eines Teils seines Hubes überträgt.

Die Wahl einer Ausführungsform des Elektromagnets, bei welcher bewegliche Teile, feststehende Teile sowie die Spule eine untrennbare Unterbaugruppe bilden, die später in ein Gehäuse eingesetzt wird, ermöglicht eine Einstel­ lung der Kräfte der Kompensationsfeder im Werk, ohne daß es also erforderlich ist, in diesem Gehäuse eine Zugangs­ öffnung vorzusehen.

Eine solche Einstellung kann auf zweckmäßige Weise mit einer automatischen Anlage vorgenommen werden, die insbe­ sondere eine Stromquelle zur Speisung der Spule, einen Getriebemotor, dessen Ausgangswelle in das Einstellteil eingekuppelt wird, eine Vorrichtung zur Simulierung der von den Unterbrechern entwickelten Kräfte und eine Abtast­ einrichtung besitzt, die die Abschaltung des Motors bewirkt, sobald eine Zustandsänderung des Ankers stattfindet.

Wenn eine störende Reibung zwischen den Rändern der Ver­ längerungen 45 und 46 und den Schenkeln 41 und 42 des Bügels zu befürchten ist, kann eine abgewandelte Ausfüh­ rungsform benutzt werden, bei der der Bügel durch andere Hilfsmittel eine Ausrichtung Δ beibehält (vgl. Fig. 6).

Bei dieser Abwandlung ist das Einstellteil 70, das die Rippen 71 und 72 trägt, nicht mehr mit dem Lager 73, in dem das Ende 29 des Kerns gleitet, winkelmäßig fest ver­ bunden.

Dieses Lager, das axial in den Steg 21 des Jochs 4 einge­ klinkt ist und mit diesem winkelmäßig fest verbunden bleibt, besitzt einerseits eine Schulter 74, die den axialen Halt des Einstellteils 70 gewährleistet, und andererseits eine Verlängerung 75, in der der mittlere Bereich 79 des Bügels 76 winkelmäßig und axial verankert ist.

Der Antrieb des Einstellteils 70 ist beispielsweise über zwei Löcher 77 und 78 möglich, in die die Bedienungsper­ son oder eine automatische Vorrichtung ein geeignetes Werkzeug einführen kann.

Zwischen den Schenkeln 41 und 42 und den Enden 45 und 46 des Ankers 11 ist ein Spiel j vorgesehen.

Gemäß einer anderen Abwandlung (Fig. 7 und 8) ist ein elastischer, U-förmiger Bügel 80 mit zwei zueinander paral­ lelen Schenkeln 81 und 82 beispielsweise mit Hilfe von gabel- oder zangenförmigen Schenkelenden 83 und 84 mit den entgegengesetzten Enden 45 und 46 des Ankers 11 fest verbunden, so daß er sich gleichzeitig mit diesem bewegt.

Dieser Bügel besitzt zwischen den Schenkeln einen Steg 85, in dem zwischen zwei symmetrischen Teilen 87 und 88 eine Öffnung 86 ausgespart ist.

Die Mittelteile 89 und 91 dieser Teile besitzen jeweils einen Vorsprung 92 bzw. 93, der auf die Achse eines Lagers 94 zu gerichtet ist, das das glatte Ende 29 des Kerns 6 aufnimmt.

Dieses Lager 94, das ähnlich wie das Lager 73 von Fig. 6 in einer Öffnung 95 des magnetisierbaren Stegs 21 ange­ ordnet ist, besitzt als verstellbares Nockenorgan zwei gekrümmte Schrägflächen 96 und 97, die sich bezüg­ lich der Achse des Lagers zueinander symmetrisch entwickeln und den beiden Vorsprüngen 92 und 93 gegenüberliegen, wenn die bewegliche Einrichtung infolge der Entregung der Spule in die Ruhestellung gelangt.

Die Höhe der elastischen Kräfte, die auf die bewegliche Einrichtung in Ruhestellung ausgeübt werden, wird einge­ stellt, indem das Lager 94 beispielsweise mit Hilfe von Öffnungen 98 seines Flansches 99 in eine geeignete Stel­ lung gedreht wird, die anschließend infolge der Reibungs­ kräfte, die es an dem Steg hält, beibehalten wird.

Auch hier wird die elastische Kraft auf die bewegliche Einrichtung nach einem freien Hub g ausgeübt, der zwischen den Vorsprüngen und den gegenüberliegenden Schrägflächen­ punkten gemessen wird.

Claims (11)

1. Elektromagnet, insbesondere zur Betätigung der Unterbre­ cher einer Schaltvorrichtung, bestehend aus einem fest­ stehenden Joch, einer beweglichen Einrichtung, die mit den Unterbrechern verbunden ist und einen zu einer Erre­ gerspule konzentrischen Kern sowie mindestens einen mag­ netisierbaren Anker besitzt, der von dem Joch durch ei­ nen veränderlichen Längsluftspalt getrennt ist,
einer Rückholeinrichtung, die in Längsrichtung mit der beweglichen Einrichtung zusammenwirkt, um sie bei Entre­ gung der Spule in eine Ruhestellung zu bringen, und
einer konzentrischen federnden Kompensationsvorrichtung, die sich in einem Bereich außerhalb des Jochs befindet und deren der Rückholeinrichtung entgegenwirkende Kräfte nur auf einem Teil des Hubes des Ankers wirken,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsvorrichtung einen dünnen U-förmigen Bü­ gel (40, 76, 80) besitzt, dessen beide zueinander paral­ lelen Schenkel (41, 42; 81, 82) in Längsrichtung mit den seitlichen Enden (45, 46) des Ankers (11) zusammenwir­ ken, während Teile (47, 48; 92, 93) des Bügels, die sich zwischen den Schenkeln und dem Mittelpunkt des diese Schenkel miteinander verbindenden, elastisch verformba­ ren Stegs (39, 85) befinden, in Längsrichtung mit Erhe­ bungen oder Schrägkanten (35, 36; 61, 62; 71, 72; 96, 97) eines verstellbaren, drehbaren Nocken (50, 60, 70, 94) zusammenwirken, der konzentrisch zu dem Kern (6) der beweglichen Einrichtung (5) angeordnet ist.

2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Nocken (50, 70) ein Lager (31) zur Füh­ rung eines Endes (29) des Kerns (6) aufweist.

3. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Nocken (50, 60, 70, 94) drehbar in eine Öffnung (32, 95) eines Teils (21) des feststehenden Jochs (4) des Elektromagnets eingepaßt ist.

4. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Nocken (50, 60) eine Erhebung (37) be­ sitzt, die sich auf der dem Kern (6) entgegengesetzten Seite befindet und die in eine zentrale Öffnung (38) des elastischen Bügels (40) eintritt.

5. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Bügel (40, 80) in einer radialen Richtung (4) durch Zusammenwirken seiner Schenkel (41, 42; 81, 82) mit Verlängerungen (45, 46) eines Ankers (11) der beweglichen Einrichtung (5) gehalten ist.

6. Elektromagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Nocken (50, 60) ein Lager (31) zur Auf­ nahme eines Endes (29) des Kerns (6) der beweglichen Einrichtung (5) trägt und auf der Erhebung (37) den fe­ dernden Bügel (40) aufnimmt.

7. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Nocken (70) durch ein getrenntes Teil (73) konzentrisch gehalten ist, das an dem ein Lager (31) für das Ende (29) des beweglichen Kerns (6) aufwei­ senden Joch (21) befestigt ist und eine Verlängerung (75) aufweist, auf der der Mittelteil (79) des Bügels (76) befestigt ist.

8. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Schenkel (41, 42) des elastischen Bügels (40, 76) Haken (43, 44) aufweisen, die nach einem einge­ stellten freien Hub (g) mit den Enden (45, 46) des An­ kers (11) zusammenwirken.

9. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (80) mit den Enden (45, 46) des Ankers (11) fest verbunden ist und in mittleren Bereichen (91, 89) Vorsprünge (92, 93) aufweist, die kreisförmigen Schräg­ kanten (96, 97) gegenüberstehen und nach einem einge­ stellten freien Hub (g) mit diesen in Kontakt kommen.

10. Elektromagnet nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung zwischen den Enden (45, 46) des An­ kers (11) und dem Bügel (80) mit Hilfe von an den Enden der Schenkel (81, 82) vorgesehenen Zangen oder Gabeln (83, 84) hergestellt ist, während die Schrägkanten (96, 97) auf einem Flansch (99) eines Lagers (94) zur Aufnah­ me eines Führungsendes (29) der beweglichen Einrichtung (5) vorgesehen sind.

11. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (40, 80) eine zentrale Öffnung (38, 86) auf­ weist, die eine axiale Bewegung des in das Lager (31, 73, 94) eintretenden Endes (29) des Kerns (6) zuläßt.